(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱性の電子部品が載置される回路基板に実装されて放熱を促進するヒートシンクであって、
放熱性および電気絶縁性を備えた樹脂材により形成した本体部と、高熱伝導性材で形成した複数の脚部とを含み、
前記脚部それぞれの一端は互いに間隔をもって前記本体部に埋設され、前記脚部それぞれの他端は前記回路基板に接触されるべく形成してある、ことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記本体部の樹脂材は、ベース樹脂に熱伝導性のフィラーおよび電気絶縁性のフィラーの少なくとも一方を組合せたものである、ことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記脚部は銅または銅合金の板状の金属材を用いて形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記本体部は大略形状が直方体形状、かつ、複数の前記脚部は同形状、同寸法に形成され、前記本体部の背向した面での同じ高さ位置にて前記脚部それぞれの一端が埋設され、前記脚部それぞれの他端は前記回路基板に接触されるべく形成されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記脚部の前記一端側で前記本体部に埋設される領域にはドーム状に膨出した膨らみ部が設けてある、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記本体部は大略形状が直方体形状、かつ、複数の前記脚部は同形状、同寸法に形成され、前記本体部の底面での対称位置に前記脚部それぞれの一端が埋設され、前記脚部それぞれの他端は前記回路基板に接触されるべく形成されている、ことを特徴とする請求項１から３のいずかに記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記本体部に埋設される前記脚部の一端側には埋設後に抜止めとなる係止爪が設けてある、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱を発生させる電子部品などが実装される回路基板に装着され、その電子部品からの熱を放熱させるヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
多量の熱を発生させるトランジスタ、ダイオード、トランス等の電子部品が実装されるプリント配線基板などの回路基板では、従来から放熱させるためにヒートシンクが採用されている（例えば、特許文献１など）。このようなヒートシンクは、一般に銅やアルミニウムなどの金属製とされて放熱効率を上げるように設計されている。そして、特許文献１で例示している形態はヒートシンクを電子部品の裏面上に樹脂により封止する形態で装着したものあるが、電子部品を実装する基板の裏面側にヒートシンクを設けた構造などにつても従来から多くの提案がされている（特許文献２など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２３００８号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述したように従来のヒートシンクにあっては放熱効率の点から金属製であるので一定以上の重量があって、その加工がし難いものである。また、従来の金属製ヒートシンクは大型であり、放熱性のグリスや接着剤或いはネジなどの副資材を用いて、固定する必要があるので配置位置に自由度が少なく、特許文献１で示すように部品上に配置するなどの対処が必要であったり、ネジ等を用いて基板に固定する場合は固定工程が面倒であったりして、製造コストが嵩むことにもなっていた。
また、一般に銅やアルミニウムなどの金属は高い電気導電性があるので基板上に配置される電子部品によっては、ヒートシンクによる周囲への電気的な影響（ノイズなど）についても配慮を要する場合があった。更には、金属製のヒートシンクは導電性を有するので、電位差が生じている基板上の領域間に跨っては配置できない。
【０００５】
本発明は、上記の様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、従来のヒートシンクと比較して小型で基板上の小さい面積部分でも実装が可能で、しかも高い放熱効果および電気絶縁性も備えて、前述した従来の金属製ヒートシンクの課題を解消できるヒートシンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、発熱性の電子部品が載置される回路基板に実装されて放熱を促進するヒートシンクであって、
放熱性および電気絶縁性を備えた樹脂材により形成した本体部と、高熱伝導性材で形成した複数の脚部とを含み、
前記脚部それぞれの一端は互いに間隔をもって前記本体部に埋設され、前記脚部それぞれの他端は前記回路基板に接触されるべく形成してあることを特徴とするヒートシンクにより達成できる（請求項１）。
【０００７】
そして、前記本体部の樹脂材は、ベース樹脂に熱伝導性のフィラーおよび電気絶縁性のフィラーの少なくとも一方を組合せたものとすることができる（請求項２）。
また、前記脚部は銅または銅合金の板状の金属材を用いて形成することができる（請求項３）。
【０００８】
前記本体部は大略形状が直方体形状、かつ、複数の前記脚部は同形状、同寸法に形成され、前記本体部の背向した面での同じ高さ位置にて前記脚部それぞれの一端が埋設され、前記脚部それぞれの他端は前記回路基板に接触されるべく形成されるのが、製造効率および実装装置を流用するなどの点から好ましい（請求項４）。
また、前記脚部の前記一端側で前記本体部に埋設される領域にはドーム状に膨出した膨らみ部が設けてあるものがより好ましい（請求項５）。
【０００９】
そして、前記本体部は大略形状が直方体形状、かつ、複数の前記脚部は同形状、同寸法に形成され、前記本体部の底面での対称位置に前記脚部それぞれの一端が埋設され、前記脚部それぞれの他端は前記回路基板に接触されるべく形成してもよい。この形態のヒートシンクは、ヒートシンクの製造時において自動機により大量生産にも適している点で更に好ましい（請求項６）。
また、前記本体部に埋設される前記脚部の一端側には埋設後に抜止めとなる係止爪が設けてあるものがより好ましい（請求項７）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のヒートシンクは、回路基板に接する脚部が高熱伝導性材であるのでこれにより熱を基板側から吸熱して本体部側へと熱伝達することができ、その熱を受けた本体部は放熱性に富むので回路基板を確実に、効率良く冷却できる。そして、本体部は電気絶縁性であるので、本発明のヒートシンクを電子部品の周囲に配置しても、電気的に悪影響を及ぼすことがない。さらには、本発明のヒートシンクは樹脂材によるブロック体を本体部とし、この本体部から脚部を延在させた簡易な構造であるので小型、軽量であり、低コストにて製造が可能である。また、本発明のヒートシンクは回路基板上の小さな面積を利用できるので回路基板設計の自由度を向上させることにも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の形態となるヒートシンクの外観を示した斜視図である。
【図２】図１に示したヒートシンクであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、そして（ｃ）は右側面図である。
【図３】図１に示すヒートシンクの脚部を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）正面図、そして（ｃ）は右側面図である。
【図４】第１の形態のヒートシンクを回路基板に実装したときの様子を示した図である。
【図５】本発明の第２の形態となるヒートシンクについて示し、（ａ）は外観を示した斜視図、（ｂ）はヒートシンクを製造する様子を示した図である。
【図６】図５に示したヒートシンクの製造工程を順に示した図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に対応する正面図である。
【図７】第２の形態のヒートシンクを回路基板に実装したときの様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の形態となるヒートシンクの外観を示した斜視図である。
図１で、ヒートシンク１は樹脂材により形成されたブロック状の本体部１０と、この本体部１０に一端が埋設された状態で固定され、他端は本体部１０の側面から外側に向かって延在している複数の脚部２０を備えている。
【００１３】
上記本体部１０は、放熱性および電気絶縁性を備えた樹脂材により形成されている。本体部１０の形状について特に限定はないが、少なくとも複数の脚部２０の一端を固定できること、また従来のサクション型の電子部品実装装置（チップマウンター）などを活用して回路基板上へ実装することなどを想定して、一般的な電子部品と同様にその上面にサクション可能な平坦領域を有しているのが好ましい。よって、例示のヒートシンク１では、本体部１０の大略形状が直方体形状とされている。
【００１４】
上記本体部１０を形成するための樹脂材として、ベース樹脂に熱伝導性のフィラーおよび電気絶縁性のフィラーの少なくとも一方を組合せたものが使用される。より具体的には、例えば液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer  :LCP）などのようにヒートシンクに必要な耐熱性、剛性、寸法安定性などを備えた樹脂をベース樹脂として、金属粉末、グラファイト、カーボンブラックなどの熱伝導性フィラー、更に窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナなどの焼結セラミックなどの電気絶縁性のフィラー、を添加したものを好適に採用できる。また、ベース樹脂としてポリフェニレンスルフィド（Poly Phenylene Sulfide :PPS）を採用してもよい。このPPSの場合、それ自体が優れた電気絶縁性を備えるので電気絶縁性のフィラーの添加を省略して、熱伝導性フィラーだけを添加した樹脂材を用いてもよい。このように準備される樹脂材で形成される本体部１０は放熱性および電気絶縁性に富むので、本ヒートシンク１を回路基板上に実装したときに効率良い放熱を実現する。そして、電気絶縁性も備えるので傍に電子部品が存在するような配置であっても、その電子部品にノイズなどの電気的障害を発生させることがない。
【００１５】
また、上記脚部２０は板状の高熱伝導性材で形成されている。この高熱伝導性材は、図示のように折り曲げて使用されるので、初期形状は薄板の短冊形状で、折り曲げ加工可能であるものがよい。すなわち、脚部２０に用いる材料の材質は、適度な剛性があって、加工性と高熱伝導性を備えたものがよい。そして、前述したように電子部品用の実装装置を流用して、基板上への半田パッドを介した実装や固定を考慮すると、電子部品の端子部と同様に銅や銅合金などの金属材を板状としたのを用いるのが好適である。そして、必要に応じて、その表面にメッキ処理などの加工を更に施したものを採用してもよい。
【００１６】
図１に例示の脚部２０は本体部１０から所定寸法の所で一旦下方に折り曲げられた後、水平方向に折り返され、その他端部が回路基板上に面接触させるため平坦部２１として形成されている。これにより半田付をし易く、半田付後には強固な固定を実現できる。
図２は、図１に示したヒートシンク１について、本体部１０と脚部２０との関係を確認し易い用に示した３面図である。図２（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、そして（ｃ）は右側面図である。この図２から、本体部１０に一端側が固定される複数（例示では２個）の脚部２０は、互いに間隔をもって（離間して）配置されている。例示の場合は、前述したように本体部１０が直方体形状であり、一組の背向した側面（図２では左右の面）の同じ高さ位置にて脚部２０それぞれの一端が埋設されている。そして、脚部２０それぞれの他端の先端部には、前述したように回路基板（ここでは図示しない）に面接触される平坦部２１が形成してある。
【００１７】
本発明に係る好適なヒートシンクは、図１、図２に例示するように直方体形状の樹脂ブロック体から対称的に脚部２０が一組外側に向けて延在している形態となっている。ここで、２つの脚部２０は同形状、同寸法に形成され、本体部１０の中心軸線ＣＬに対して線対称での配置となっている。
このようなヒートシンク１は、本体部１０を成形するように設計した金型に上記脚部２０（本体部１０に埋設される一端側の一部）を予め配置して、金型内へ樹脂を供給するインサート成形を用いて製造することができる。
【００１８】
なお、図３はヒートシンク１の脚部２０を拡大して示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）正面図、そして（ｃ）は右側面図である。図３で参照ラインＲＬよりも左側の領域ＡＲが、本体部１０に埋設される一端側である。この領域ＡＲでは、ドーム状に膨出した膨らみ部２２が複数設けてある。ここで例示する膨らみ部２２は、下向に突出するように２個形成されている。このような膨らみ部２２が設けてあると、前述したように樹脂材を注入して成形したときに膨らみ部２２上側の凹部に樹脂が流れ込みこれが硬化するので、脚部２０を本体部１０に対して確実に位置決めし、かつ確実に固定することができる。
【００１９】
図４は、図１および図２で示した、ヒートシンク１を回路基板１００に実装したときの様子を示した図である。
このように回路基板１００に接する本発明に係るヒートシンク１の脚部２０は、高熱伝導性材であるので、これにより回路基板１００上の熱を効率良く吸熱（吸い上げ）して本体部１０側へと熱伝達できる。これを受けた本体部１０は、放熱性に富む樹脂材で形成してあるので自らの全体から放熱して回路基板１００を冷却できる。なお、本体部１０の表面形状をその表面積が相対的に大きくなるように多数の凹凸部、フィンなどを設ける変更を加えてもよい。このような形状は成形用金型のキャビティを変更すれば簡単に得ることができる。
【００２０】
そして、前述したように、ヒートシンク１の本体部１０は電気絶縁性であり、複数の脚部２０の一端が互いに離間されて、この本体部１０に埋設される。よって、電位差が生じている回路基板上の領域のそれぞれに跨って脚部２０が接触される状態でも、本体部１０は脚部２０間の通電を阻止するので、ヒートシンク１は回路基板の短絡を防止する一方、ヒートシンク１の近傍に配置される電子部品１１０がノイズなどに敏感なものであっても悪影響を及ぼすことがない。
さらには、ヒートシンク１は前述したように樹脂材によるブロック体を本体部１０とし、ここから脚部２０を延在させた簡易な構造であるので小型、軽量で、インサート成形などにより金属製のヒートシンクと比較して低コストで製造できる。
本発明のヒートシンクは、従来の金属製ヒートシンクと比較して小型であるので、回路基板上の小さな面積（スペース）に実装して回路基板の放熱を促進できるので、回路設計の自由度を向上させることにも寄与する。
【００２１】
ところで、図４で示した回路基板１００にて、例えば領域Ａ−１が電子部品１１０からの発熱を誘導するように設けた発熱パターン、そして、領域Ａ−２が熱を放散させるように設けた放熱パターンが設定されているような場合、本実施例のヒートシンク１を図示の如く、一方の脚部２０−１を発熱パターン領域Ａ−１に、そして他方の脚部２０−２を放熱パターン領域Ａ−２に接触させることで、ヒートシンク１を介して発熱パターン領域Ａ−１側から放熱パターン領域Ａ−２側へと流して放熱を促進できる。本発明のヒートシンク１をこのように採用すれば、より効率的に回路基板１００を冷却できる。
【００２２】
更に、図５は、本発明の第２の形態となるヒートシンク２について示した図であり、図５（ａ）はその外観を示した斜視図、図５（ｂ）はヒートシンク２を製造するときの様子を示した斜視図である。更に、図６はヒートシンク２の製造工程の一部を順に示した図で、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は（ａ）に対応する正面図である。
前述した第１のヒートシンク１は、脚部２０の一端側がブロック状の本体部１０の背向した側面に埋設された形態（すなわち、側面の途中から脚部２０が埋設されている形態）であり、インサート成形などで製造できる形態例として説明した。図５、図６で示す第２の形態のヒートシンク２は、従来の部品実装装置などの自動機を流用して大量生産に適した形態としてある。
【００２３】
ヒートシンク２は、図５（ｂ）で示すように、予め所定形状に加工されたプレート１６０に対して、これも予め所定形状に形成されている本体部５０を上方からセット（圧入）して製造される。より詳細には、図６で示しているように、既存の実装装置などの自動機を流用してプレート１６０上に本体部５０を圧入する。その後、プレート１６０の所定位置でカットすることでヒートシンク２を製造できる。なお、プレート１６０は、第１の形態のヒートシンク２の脚部２０の場合と同様に、銅や銅合金などの金属材を板状としたものを用いるのが好しい。
そして、ここではより好ましい構造として、プレート１６０には脚部６０の一端側となる部分が曲げ起して形成した立上り部１６１を含んで形成してある。この立上り部１６１にはコ字状の切欠き構造（四辺で上端部を接続したままとし、他の左右及び下部にコ字状に切込みを入れた構造）とし、内部の舌片部１６２を外側に曲げて突出させて係止爪とした構造（フープ状の抜止め構造）が設けてある。
【００２４】
一方、本体部５０は第１の形態のヒートシンク１の本体部１０と同様の樹脂材で形成され、概ね直方体形状に形成されるのは前述と同様であるが、その製造方法は異なっている。ヒートシンク２の本体部５０は金型などを用いて単独で形成（モールド成形）され、底面には前述したプレート１６０の立上り部１６１が挿入されて嵌合するためのスリット状の凹部５１が設けてある。この凹部５１内には、係止爪となる舌片部１６２が係止して抜けないような構造が設けてある。なお、このヒートシンク２の場合も、脚部６０は同形状、同寸法に形成され、さらに本体部５０の底面での対称位置（中心軸線に対して線対称の位置）に脚部それぞれの一端が埋設されている。
以上で説明した図５、６で例示のヒートシンク２は、本体部５０の平坦に形成された上面をサクションしてプレート１６０上に圧入するという自動製造機による製造工程を採用できるので、大量生産に適したヒートシンクとして提供できる。
【００２５】
図７は、図５および図６で示した、ヒートシンク２を回路基板２００に実装したときの様子を示した図である。このヒートシンク２も前述したヒートシンク１の場合と同様に回路基板２００を効率良く冷却できる。すなわち、このヒートシンク２も、脚部６０が高熱伝導性材であるので、これにより回路基板２００上の熱を効率良く吸熱して本体部５０側へと熱伝達できる。これを受けた本体部５０は、放熱性に富む樹脂材で形成してあるので自らの全体から放熱して回路基板２００を冷却できる。そして、このヒートシンク２の場合も、一方の脚部６０−１を発熱パターン領域Ａ−１に、そして他方の脚部６０−２を放熱パターン領域Ａ−２に接触させることで、発熱パターン領域Ａ−１側から放熱パターン領域Ａ−２側へと流して放熱を促進できる。
なお、図７では、本体部５０から外側に出た脚部６０の他端側は平坦に折り曲げられているので低背であり基板上方に余裕がなくても適用可能なヒートシンクとなる。しかし、必要に応じて脚部６０を長く設けて折り曲げて、ヒートシンク１のような立上った姿勢としてもよい。
【００２６】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができることは言うまでもない。
上述したヒートシンク１は、回路基板の冷却効果や周辺の電気部品への電気的な障害防止だけでなく、製造コストや実装装置を用いて実装時の効率までも考慮した好適な一形態である。しかし、本発明に係るヒートシンクは、これに限定するものではない。すなわち、回路基板の冷却効果と電気的な障害防止だけを考慮したヒートシンクとしてもよい。図２を参考にして説明すると、本体部１０は脚部２０を固定できるブロック体であればよく、他に多角形状の柱状体や円柱体などでもよい。また、脚部２０は必要に応じて２個以上、３個、４個に増やしてもよいし、更には複数の脚部を互いに異なる形状、また異なる寸法としてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１、２                      ヒートシンク
１０、５０                  ヒートシンクの本体部
５１                        スリット状の凹部
２０、６０                  脚部
２１                        平坦部
２２                        膨らみ部
１００、２００              回路基板
１１０                      電子部品
１６０                      プレート
１６１                      立上り部
１６２                      舌片部
ＣＬ                        本体部の中心軸線
ＲＬ                        参照ライン
Ａ−１                      発熱パターン
Ａ−２                      放熱パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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